一种超薄纳米锂镧锆氧全固态电解质层的制备方法技术

本发明专利技术公开的超薄纳米锂镧锆氧全固态电解质层的制备方法，包括纳米锂镧锆氧浆料的制备；将纳米锂镧锆氧浆料成膜化。本发明专利技术制备工艺简单，制备过程中不需要模具、不需要压力，自然成型，操作方便，能耗低；原材料广泛且易得，制备过程可控，可重复性高；用该方法制备出的固体电解质薄膜的厚度能达到1微米。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全固态电池领域，尤其是涉及一种超薄锂镧锆氧全固态电解质层的制备方法。
技术介绍
自从锂离子电池商业化以来，已经被广泛应用在各个领域。但是目前使用的有机电解液是锂离子电池的安全隐患所在。无机固体电解质具有安全性好、能量密度高、循环性能好、温度适应性好等优点，能够从根本上解决液体电解质的安全问题。锂镧锆氧是氧化物固体电解质的一种，在空气中有良好的稳定性，且离子电导率高，合成简单等优点。锂镧钛氧化合物化学式为Li7La3Zr2O12，目前全固态电池，主要采用粉末压制的方法。粉末压制法需要用固定的模具，施加很大的外加压力，该方法得到的固体电解质层相对较厚。
技术实现思路
有鉴于上述，本专利技术的目的是提供一种工艺简便、能耗低的制备超薄纳米锂镧锆氧全固态电解质层的制备方法。本专利技术超薄纳米锂镧锆氧全固态电解质层的制备方法，包括下述步骤：1)将1重量份的锂镧锆氧加入到5～100重量份的溶剂中，再加入0.5～2重量份锂盐，0.01～0.2重量份分散剂和0.01～0.2重量份粘结剂，搅拌1～12小时后，转移至氧化锆球磨罐中，进行球磨，得到纳米锂镧锆氧浆料；2)将球磨好的浆料用成膜化方法均匀地涂覆在电极材料表面，在50～600℃退火处理6～120小时，自然冷却到室温，得到超薄纳米锂镧锆氧全固态电解质层。本专利技术制备过程中，所述的溶剂可以是乙醇、异丙醇、正丁醇、甲苯、乙醛、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、碳酸丙稀酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的一种或几种混合。本专利技术制备过程中，所述的分散剂可以为乙酸乙酯、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯Tween-80、FC4430、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、EO-PO型聚醚(F127)和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯（P123）中的一种或多种。本专利技术制备过程中，所述的粘结剂可以为聚偏氟乙烯（PVDF）、羧甲基纤维素（CMC）、磺化聚醚醚酮与坠锂化氟磺酸（SPEEK-PSI-Li）、苯乙烯丁二烯人造橡胶（SBR）和褐藻（Brown Algae）中的一种或多种。本专利技术制备过程中，所述的锂盐可以为LiPF6、LiClO4、LiTFSI和LiBoB中的一种或者多种混合。本专利技术制备过程中，所述的球磨的转速一般为500～1500 转/分。本专利技术制备过程中，所述的成膜化方法可以是：湿涂覆或丝网印刷或喷墨打印或3D打印。本专利技术步骤2)中，优选热处理温度为80～200℃，时间为12～24小时。本专利技术中，所述的锂镧锆氧可采用《Fast Lithium Ion Conduction in Garnet-Type Li7La3Zr2O12》（DOI: 10.1002/anie.200701144）、《Synthesis of garnet-type Li7-xLa3Zr2O12-1/2x and its stability in aqueous solutions》（DOI: 10.1016/j.ssi.2010.12.010）等文献中所述的方法制备得到。本专利技术的其它原料和试剂皆市售可得。本专利技术的有益效果在于：本专利技术制备工艺简单，制备过程中不需要模具、不需要压力，自然成型，操作方便，能耗低；原材料广泛且易得，制备过程可控，可重复性高；用该方法制备出的固体电解质薄膜的厚度能达到1微米。具体实施方式以下结合实施例进一步说明本专利技术。实施例11)取1重量份的锂镧锆氧，0.5重量份的LiPF6作为锂盐，0.1重量份的PVDF作为粘结剂，0.1重量份的FC4430作为分散剂加入到10重量份的溶剂异丙醇中。搅拌10小时后，转移至氧化锆球磨罐中，球磨1h，球磨转速为800 r/min，得到纳米锂镧锆氧浆料。2)将纳米锂镧锆氧浆料用丝网印刷涂覆在电极材料表面，在200℃退火12小时，得到厚度约为1微米的纳米锂镧锆氧全固态电解质层。实施例21)取1重量份的锂镧锆氧，1重量份的LiPF6作为锂盐，0.1重量份的PVDF作为粘结剂，0.1重量份的Tween 80作为分散剂加入到10重量份的溶剂异丙醇中。搅拌1小时后，转移至氧化锆球磨罐中，球磨3h，球磨转速为1000 r/min，得到纳米锂镧锆氧浆料。2)将纳米锂镧锆氧浆料用喷墨打印涂覆在电极材料表面，在100℃退火24小时，得到厚度约为5微米的纳米锂镧锆氧全固态电解质层。实施例31)取1重量份的锂镧锆氧，1重量份的LiTFSI作为锂盐，0.1重量份的CMC作为粘结剂，0.05重量份的SDS作为分散剂加入到5重量份的溶剂PC、EC混合溶液（PC与EC的体积比为1：3）中。搅拌12小时后，转移至氧化锆球磨罐中，球磨12h，球磨转速为1200 r/min，得到纳米锂镧锆氧浆料。2)将纳米锂镧锆氧浆料用丝网印刷涂覆在电极材料表面，在60℃退火12小时，得到厚度约为1微米的纳米锂镧锆氧全固态电解质层。实施例41)取1重量份的锂镧锆氧，0.5重量份的LiBOB作为锂盐，0.1重量份的SBR作为粘结剂，0.1重量份的SDBS作为分散剂加入到10重量份的溶剂PC、EC、FEC混合溶液（PC：EC：FEC的体积比为1：2：1）中。搅拌2小时后，转移至氧化锆球磨罐中，球磨1h，球磨转速为1200 r/min，得到纳米锂镧锆氧浆料。2)将纳米锂镧锆氧浆料用丝网印刷涂覆在电极材料表面，在300℃退火12小时，得到厚度约为2微米的纳米锂镧锆氧全固态电解质层。实施例5取1重量份的锂镧锆氧，0.5重量份的LiClO4作为锂盐，0.1重量份的CMC作为粘结剂，0.1重量份的SDBS作为分散剂加入到10重量份的溶剂NMP、PC混合溶液（NMP与PC的体积比为2：1）中。搅拌8小时后，转移至氧化锆球磨罐中，球磨1h，球磨转速为1500 r/min，得到纳米锂镧锆氧浆料。2)将纳米锂镧锆氧浆料用丝网印刷涂覆在电极材料表面，在150℃退火12小时，得到厚度约为1微米的纳米锂镧锆氧全固态电解质层。实施例61)取1重量份的锂镧锆氧，0.5重量份的LiTFSI作为锂盐，0.1重量份的Brown Algae作为粘结剂，0.1重量份的F127作为分散剂加入到10重量份的溶剂NMP中。搅拌3小时后，转移至氧化锆球磨罐中，球磨1h，球磨转速为1500 r/min，得到纳米锂镧锆氧浆料。2)将纳米锂镧锆氧浆料用湿涂覆涂覆在电极材料表面，在100℃退火12小时，得到厚度约为2微米的纳米锂镧锆氧全固态电解质层。以上仅是本专利技术的几个实施例，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术实施例的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超薄纳米锂镧锆氧全固态电解质层的制备方法，其特征在于包括下述步骤：1)将1重量份的锂镧锆氧加入到5～100重量份的溶剂中，再加入0.5～2重量份锂盐，0.01～0.2重量份分散剂和0.01～0.2重量份粘结剂，搅拌1～12小时后，转移至氧化锆球磨罐中，进行球磨，得到纳米锂镧锆氧浆料；2)将球磨好的浆料用成膜化方法均匀地涂覆在电极材料表面，在50～600℃退火处理6～120小时，自然冷却到室温，得到超薄纳米锂镧锆氧全固态电解质层。

【技术特征摘要】
1.一种超薄纳米锂镧锆氧全固态电解质层的制备方法，其特征在于包括下述步骤：1)将1重量份的锂镧锆氧加入到5～100重量份的溶剂中，再加入0.5～2重量份锂盐，0.01～0.2重量份分散剂和0.01～0.2重量份粘结剂，搅拌1～12小时后，转移至氧化锆球磨罐中，进行球磨，得到纳米锂镧锆氧浆料；2)将球磨好的浆料用成膜化方法均匀地涂覆在电极材料表面，在50～600℃退火处理6～120小时，自然冷却到室温，得到超薄纳米锂镧锆氧全固态电解质层。2.如权利要求1所述的超薄纳米锂镧锆氧全固态电解质层的制备方法，其特征在于步骤1)中所述的溶剂为乙醇、异丙醇、正丁醇、甲苯、乙醛、N-甲基吡咯烷酮、碳酸丙稀酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和氟代碳酸乙烯酯中的一种或几种混合。3.如权利要求1所述的超薄纳米锂镧锆氧全固态电解质层的制备方法，其特征在于步骤1)中所述的分散剂为乙酸乙酯、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯、Tween-80、FC4430、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟强，严旭丰，李卓斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33